DF4D型内燃机车的设计特点

1、机车总体布置

东风4D型客运内燃机车，是在东风4B和东风4C型内燃机车基础上进一步开发而成的新一代提速客运内燃机车。机车采用内走廊栅式车体，两端司机室，采用交直流电传动，轴式为C0-C0，轴重23t，最高运行速度为132km/h。

机车上部结构共分为七个部分:依次为第I司机室、电气室、传动室、动力室、冷却室、辅助室和第II司机室

机车车体为内走廊式侧壁承载全焊钢结构。

机车采用JZ-7型空气制动机。

为适应提速运行的需要，牵引电动机采用了滚动轴承抱轴的轴悬式悬挂装置。

2、机车动力装置

东风4D型机车装用16V240ZJD型柴油机。

3、机车电传动

与东风4B、东风4C型机车相比，东风4D型机车电传动装置的主要特点有:

(1)东风4D型机车柴油机的最大运用功率提高到2940kW，相应地东风4D型机车的标称功率提高到2425kW，分别提高了22.5%和 12.2%。

(2)为适应机车功率的提高和扩大机车恒功率速度范围，东风。D型机车装用了由永济厂专门开发的提高了容量的TQFR-3000E型交流同步主发电机和ZD109B型直流牵引电动机。

(3)牵引电动机的励磁率(磁场削弱)由B型、C型机车的两级改为一级。客运机车的励磁率为66%;货运机车的励磁率为60%;调车机车的励磁率为71%。

(4)客运机车牵引齿轮传动比为68/24,持续牵引力为214.8kN，持续速度为39km/h,机车恒功率最高速度可达145km/h。货运机车牵引齿轮传动比为63/14，持续牵引力为341.15kN，持续速度为24.5km/h,恒功率最高速度为92km/h

(5)电阻制动工况有两级电阻制动，最大制动电流为650A，最大励磁电流为740A。

(6)牵引整流装置改为GTF5100/1250型，额定直流输出电流为5070A，额定直流输出电压为1250V。

(7)装用2台ZTP一22型机油泵电动机，其功率为2.2kW，转速为3000r/min。在机车起动机油泵工况，2台电动机同时工作;在预热锅炉工况，由其中一台电动机作为辅助机油泵工作。 (8)为便于机车在不起动柴油机的情况下移动，增设了动车插座8CZ。当接通地面电源时，机车可以自行移动

(9)利用增设的电阻制动装置，机车可以进行自负荷试验，可方便地检测各个转速下的柴油机功率。

4、机车走行部

与东风4B、东风4C型机车相比，东风4D型客运机车走行部的主要特点有:

(1)转向架二系悬挂装置为4个橡胶堆旁承，并配有2个横向减振器。橡胶堆旁承的垂向挠度为15mm。在转向架与车体间，安装由荷兰进口的抗蛇行减振器，以提高机车运行的稳定性和机车临界速度。

(2)牵引电动机采用滚动轴承抱轴箱，左右2个滚动轴承为圆锥滚子轴承。用8个M36x3的螺栓，将滚动抱轴箱与牵引电动机连成一体。滚动抱轴箱相对轮对的横动量调整为0.05-0.18mm。

5、车 体

机车车体的主要特点有:

(1)机车采用框架式侧壁承载车体。主要由上部的司机室、侧墙、顶棚、隔墙和下部的底架、端部下骨架、排障器和牵引缓冲装置等组成。6道隔墙将车体分隔成7个工作间:依次为I司机室、电气室、传动室、动力室、冷却室、辅助室和II司机室。除司机室外，各室顶部均设有宽2350mm的开口，以供吊装各室的机组和设备。各开口均用活动顶盖覆盖。钢结构主要承载梁、杆件和板，均采用高强度16Mn低合金钢制成。车体的侧墙、隔墙和顶棚等件与东风。c型机车结构基本相同。

(2)车体的底架主要由2根侧梁、前后端部、前后旁承组梁、柴油机发电机组座梁等组成。侧梁由高度360mn、槽钢和厚10mm钢板组焊成箱形梁

(3)司机室外形与东风4c型机车相同。司机室内设有空调机、冰箱、半自动遮阳帘，还设有高舒适度座椅、新型可调照明灯、顶吹式风扇等设备，形成了一个舒适、方便、安全的工作环境。

6、机车辅助系统

机车各系统，包括辅助传动系统、燃油系统、机油系统、冷却水系统、预热系统、照明系统、充电系统、机车控制系统、空气制动系统以及检测、诊断和显示系统等。这些系统大多与东风4B型机车相似。

7、机车保护装置

(1)机车保护装置(行车安全监控设备)，是把计算机技术用于铁路行车监测、控制，以确保行车安全的电子装置和屯气装置。机车运行中，该装置引人行车速度、列车制动等行车参数和线路坡度、信号显示状态、信号机间距离等线路参数，经综合分析，计算出允许的运行速度和随时应采取的措施，以保证列车在充分发挥运行效率的情况下，防止机车超速，确保机车能在红色信号灯前停车。

(2)东风4D型机车的行车安全监控设备包括KJ-93A型列车运行监控记录装置， JS型(JT1型)数字化通用式机车信号系统 (包括JX1-8型八灯显示机车信号机)，机车速度系统(包括DF-16型光电速度传感器、 EGZ3/8型双针速度表和EGS3/8型双针速度表)，以及机车制动系统(包括JH-6型常用制动继电器箱、CZDF1/8.3型电空阀组、压力传感器和紧急制动电空阀)。

(3)行车安全监控设备的工作系统，还包含机车上原有的各项设备(如牵引、制动转换开关，前进、后退转换开关，柴油机转速显示，列车制动装置和机车运行速度显示等)、车载设备(行车监控主机箱及显示器、信号主机箱及显示器、信号接收线圈、机车常用制动继电器盒等)、转储设备(转储箱、转录电源和电缆等)以及地面设备(微机和相应的地面软件及有关外围设备)。

ND5型内燃机车的概要

东风4型内燃机车是大连机车车辆工厂1969年开始试制的大功率干线客货运内燃机车，1974年转入批量生产。DF4 型内燃机车是我国铁路运输的主力内燃机车，担当着客运和货运的运输任务。是东风系列里面，更是中国内燃机车中的经典车型。该车从首台下线使用开始距今已超过30年的历史，至今仍然在使用当中，而且数量仍然相当庞大。即便是我国铁路已经走进铁路电气化的今天，他的地位依然没有动摇，甚至在某些地区，他仍然是运输的主力。现在我们所见到的东风系列内燃机车，基本上都是以 DF4型机车作为平台而设计制造的，可见 DF4 型内燃机车在中国铁路史上有着重要的地位。另外， DF4 型机车分两种型号 —— 客运型和货运型。此为客运型。在有需要的时候，两种型号的机车可以混合使用。

1980年代初，中国实施改革开放以后，国民经济快速发展，铁路客货运量猛增，铁路运输能力全面紧张，货运能力不足导致各地待运货物、物资大量积压，而大功率柴油机车数量不足是其中一个重要原因。当时已经投入批量生产的东风4型柴油机车，不仅产能不足、无法满足需求，而且在柴油机、传动系统以及制造工艺等方面也存在较多问题，机车可靠性和生产质量有待改进。中华人民共和国铁道部经研究后决定，按“技贸结合”原则从国外进口一批大功率柴油机车，缓和机车运用紧张的局面。自1983年1月下旬起，铁道部先后派出人员对苏联、加拿大和美国的内燃机车制造工厂进行考察。

与此同时，美国对华技术出口管制从1980年代起也开始逐步放松。1981年，里根总统入主白宫，出于政治、经济及其全球战略需要，放松了对华出口管制并对政策进行重大调整。1983年6月，美国政府宣布将中国提升为“友好的非盟国”待遇（Friendly but nonaligned），列入同其他大部分西方国家和发展中国家并列的V组。这一政策变化大大提高了美国企业可向中国出口的技术和产品的技术水平，促进了美国对华技术与产品的出口。 在这样的背景之下，中国经反复比较后选定美国通用电气运输系统商业分公司的C36-7型柴油机车。C36-7型机车是通用电气公司于1978年推出的大功率柴油机车，也是“Dash-7”系列产品中最后一种车型。1983年10月31日，中国向美国通用电气公司订购首批220台柴油机车的销售合同和技术转让合同在北京签订，进口价格为每台98万美元。这对当时处于不景气状态的通用电气机车部门无疑是一笔重要的大订单，通用电气发言人曾表示这是该公司收到“单一生产批次的单笔最大订单”（single biggest order for a single production run），并可为伊利工厂创造数百个就业职位。

这批机车按中国铁路机车命名规范定型为ND5型，其中“N”代表内燃机车，“D”代表电力传动，“5”代表中国第五种进口电传动内燃机车。根据合同，ND5型机车将由通用电气公司位于宾夕法尼亚州的伊利工厂（Erie plant）生产，并于1984年开始交付 。此外，通用电气并为ND5型机车负责三年或60万公里的保证期，期间派员来华进行售后技术服务，发生的一切质量技术问题由其赔偿。

首批共74台ND5型机车于1984年9月运抵中国天津港，其中0002号机车于天津港卸船时由于起吊重心错误而落水，打捞上岸经过修复后恢复正常使用；0003号机车为首台投入运用的ND5型机车，到达配属段南京东机务段后安装了中国铁路标准的机车信号、自动停车装置、列车无线调度电话等设备后，于1985年10月15日在沪宁铁路首次牵引货物列车投入正常服务。另一批共104台ND5型机车于1984年11月运抵中国上海港，其中0111号机车当卸船时因吊车钢缆折断而落水报废。第一批共220台ND5型机车于1984年内交付完毕。

第一批ND5型（又称I型）机车投入运用之后，鉴于机车性能表现良好，中国于1985年再次向通用电气公司增加订购第二批200台ND5型机车（又称II型），1987年内交付完毕。第二批机车根据在中国的实际运用情况和第一批机车存在的缺陷，对机车的多项设备和零部件作出了改进。两批机车总体结构上基本相同，在外观上第二批机车司机室较宽敞，加大了前窗瞭望玻璃；安挂了外凸式排障器，两个总风缸都放在油箱之后。I型机车车号为0001～0220，共计220台，车身涂装为翠绿色；II型机车车号为0221～0422，共计202台，车身涂装为墨绿色 。其中0421、0422号机车是为了替补于1984年卸船时落水的0002、0111号机车，由通用电气公司新造的ND5型机车。 自1984年起，ND5型柴油机车开始大量配属上海铁路局南京东机务段（上局宁东段）、济南铁路局济南西机务段（济局西段）、北京铁路局丰台机务段（京局丰段）、沈阳铁路局大连机务段。其中南京东机务段配属数量最多，高峰时配属ND5型机车近200台，并由蚌埠、南京东、南翔机务段共同支配运用，担当津浦铁路南段（徐州—蚌埠—南京东）、沪宁铁路、沪杭铁路的重载货物列车牵引任务；而济南西机务段也和南京东机务段同期配属ND5型机车，高峰时数量超过120台，投入津浦铁路济南西至徐州（徐州北）区间使用，用于替换前进型蒸汽机车。丰台机务段于1984年起配属ND5型机车，担当丰沙大铁路（丰沙铁路、京包铁路大同至沙城段的合称）、京秦铁路、京原铁路的重载货物列车及煤炭组合列车牵引任务，其中丰沙大铁路、京秦铁路的组合列车编组重量达到7400吨，由两台ND5型机车牵引，实行三个机务段跨段轮乘（大同至张家口段由张家口机务段担当，张家口至双桥段由丰台机务段担当，双桥至秦皇岛区段由南口机务段担当）的乘务制度，大幅增加晋煤外运能力；而京原线货物列车上行牵引定数由3500吨提高到4000吨，实行丰台西至原平的长交路 。大连机务段从1986年起配属ND5型机车，主要是为疏通大连港、减少积压货物和提高海铁联运能力，担当沈大铁路的货物列车从牵引任务。

ND5型机车在中国铁路主要干线投入运用后，其经济效益十分突出，并加速了中国铁路干线牵引机车的内燃化；至1980年代末，ND5型机车通过近5年的使用期，已经收回了当初的投资。根据运用部门实际使用经验，普遍认为ND5型机车耗油低但牵引力大，牵引电动机性能好，电气部件绝缘性能优异，增压器故障率低，维护方便，设计合理，可靠性高 。一台ND5型机车的万吨公里燃油消耗量比东风4型、东风4B型机车低大约20%，但牵引能力相当于1.25～1.4台东风4型机车，有效提高了主要干线运用区段的牵引定数，运量有较大增长，缓解了运输紧张的情况；配合长交路轮乘制度的实施，大大提高了机车运用效率。例如ND5型投入沪宁铁路使用后，上下行货物列车牵引定数分别由原来的3000吨、3400吨，提高到3400吨、3800吨。此外，ND5型机车也加速了中国铁路重载运输的发展。1985年，铁道部选择了丰沙大铁路、京秦铁路为试点，开始组合重载列车，将两列3700吨的煤炭列车组合成一组，由两台ND5型机车（其中一台位于列车中部）牵引总重7400吨的组合重载列车由大同直达秦皇岛；而京沪铁路徐州北至南京东区段也从1992年起开行由ND5型机车重联牵引5300吨、单机牵引4000吨的重载货物列车。 主条目：东风6型柴油机车

在进口ND5型机车同时，中国还与通用电气公司签订了机车关键部件制造技术转让合同，由通用电气公司向中方无偿转让该型机车12项关键部件制造技术，引进项目包括GTA24A3型牵引发电机、GE752AF8型牵引电动机、辅助电机、电子控制产品、恒功励磁装置、轮对防空转装置、废气涡轮增压装置、7FDL-16型柴油机主要部件如气缸套、活塞等。引进的主体为通用电气的机车电传动系统，而其他机械部件产品也各具特色，ND5型机车上这些产品的优点恰恰就是当时中国国产柴油机车技术的薄弱环节。

根据合同规定，大连机车车辆厂与通用电气公司合作，用4年时间完成具有和通用电气公司相同质量的样机试制验证，以考验消化吸收和掌握技术的程度 。从1985年开始，大连厂和通用电气公司开始在东风4B型柴油机车基础上，研制东风6型柴油机车。机车总体结构、机械部分由大连厂设计制造，电气传动系统和控制系统由通用电气公司设计制造，机车性能达到同期通用电气公司“Dash-8”系列标准。首两台东风6型机车于1989年4月落成并投入试验。 ND5型机车装用一台通用电气的7FDL-16型柴油机，这是一款16气缸、四冲程、带废气涡轮增压的V型柴油机，有较高的强化系数，单缸功率达到250马力，柴油机装车功率可达4000马力（2940千瓦）。ND5型机车采用交—直流电传动，柴油机通过法兰盘直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，通过硅整流装置把牵引发电机发出的三相交流电整流为直流电，再经过一套控制系统将电能输送给两台转向架上的六台直流串励牵引电动机，通过传动齿轮驱动车轮。牵引电动机采用固定全并联、全磁场方式，用提高牵引发电机调压比而非牵引电动机磁场削弱的方法，来满足机车恒功率速度范围的要求，使机车可在较宽的运行速度范围内实现恒功率控制。

ND5型机车并设有较完善的电子恒功率励磁控制系统（CHEC）、“警哨”粘着控制系统（Sentry）和保护系统，其电气控制方式已采用电子控制技术，由30块电子插件构成了机车恒功控制和粘着控制两大系统。恒功励磁控制系统（Constant Horsepower Excitation Control）依靠电子控制快速、准确地实现牵引发电机的恒功率，从而达到柴油机的恒功率控制，并引入多种修正和反馈信号，使系统对复杂多变的工作情况快速反应，使机车能够充分发挥功率和牵引力 。ND5型机车电子控制系统的另一核心为“警哨”粘着控制系统，通过检测牵引电动机的转速来实现机车速度控制和空转保护，由于它能像哨兵一样监控和改善轮轨粘着状况而得名。 机车走行部为两台三轴转向架，轴式Co-Co。ND5型机车采用了轴箱导框式定位、摇枕式、有心盘、整体铸钢结构的转向架，结构简单可靠。一系悬挂为轴箱和转向架构架之间的圆弹簧，二系悬挂为车体和构架之间的四个橡胶旁承。机车的牵引力、制动力、纵横向冲击力通过心盘传递。牵引电动机采用抱轴式悬挂、单边齿轮传动。